高鐵隧道中心水溝模板臺車設計及應用

0 引言

隨著我國現代化建設的迅速發展，中國高速鐵路工程將步入一個新的臺階，作為中國面向世界的一張名片，必須堅持做好標準化、機械化、信息化全面發展，不斷創新，不斷優化才能將中國高速鐵路施工技術引向世界各個角落。鄭萬高鐵作為國內首條全面推廣機械化配套的鐵路線，不管是機械配備、還是人員構成均將中國山嶺隧道施工引入一個新的高度。隨著整個施工線機械化配套的形成，加之建設單位對結構物實體質量要求不斷提高，結合項目目前施工進展及無砟軌道施工計劃節點，中心水溝的施工迫在眉睫，為實現快速施工，設計制造24m長度水溝模板臺車，臺車既能夠保證中心水溝施工進度，還能保證施工質量安全，同時還可降低人員勞動強度，落實以人為本、安全第一、標準化作業、快速施工的工程管理理念。

1 工程概況

鄭萬高鐵湖北段ZWZQ-8標位于湖北省境內，線路途經襄陽市保康縣馬橋鎮、神農架林區新華鎮、宜昌市興山縣古夫鎮，標段起止里程為DK531+850～DK567+745，正線全長36.002km，主要工程為四隧三橋。隧道工程總長34.035km，占標段總長的94.5%；橋梁工程總長1.96km，占標段總長的5.5%。隧址區不良地質較多，有斷層、巖堆、巖溶、滑坡、順層偏壓、危巖落石、節理裂隙等。隧區地下水發育，施工中出現突水涌泥災害的風險較高。

高速鐵路雙線隧道排水包括結構排水和結構外排水，結構排水包括防水板，縱環向盲管，每間隔不大于4m預留進水孔將水引入側溝；結構外排水以中心水溝為主，側溝為輔，每間隔30～50m將中心水溝與側溝連接一次。

2 臺車設計

2.1 臺車設計過程

鄭萬高速鐵路隧道全長34.035km，占全線總長的94.5%，考慮到中心水溝施工進度，項目部組織人員對中心水溝施工進行調研，主要調研相鄰標段或本單位已施工中心水溝先進技術，其次調研模板廠家關于水溝模板的制造工藝，比選、確定最先進、最經濟的模板臺車，通過調研、比對發現大多模板廠家制造的模板臺車重量大、費用高，其他施工單位或我單位已施工的中心水溝模板大都為簡易模板，工裝不先進、機械化程度低，結合調研結果，以及隧道斷面圖和施工要求，我項目最終決定自行設計、加工制造中心水溝模板臺車。

為確保模板的加工質量，項目部成立了技術攻關小組，負責圖紙設計，制定試驗及改進方案，完成試驗總結，加工過程中監督、指導；由項目部專業鋼構件加工廠承擔加工任務，所有部件加工均在加工廠內完成，重要結構嚴格控制加工模具。經過反復改進和完善、試驗及應用，證明該模板性能良好、結構合理、澆筑完的水溝表觀及實體質量好，產品已經定型。

臺車采用門架與模板結合形式，搭配液壓行走與橫移系統，結構簡單、重量輕便，各部件結構使用靈活、多樣。臺車全長24.1m，寬2.0m，包含6個主門架，2套牽引系統，其結構重量較購置成品臺車減輕20%以上，制作成本降低50%以上。

2.2 臺車組成及技術參數

臺車主要包括門架系統、支撐系統、模板系統、行走系統、提升系統、橫移系統等（詳見圖1），臺車全長24.1m，單次澆筑中心水溝長度為24m，與上組混凝土搭接0.1m，包含6個主門架，門架之間縱向型鋼連接，行走系統為液壓軌行式，行駛速度為3m/min，垂直提升行程1.1m，橫向移動行程0.4m。

圖1 中心水溝模板臺車組成圖

3 施工工藝及要點

3.1 施工工藝

工藝流程圖見圖2。

圖2 中心水溝施工工藝流程圖

3.1.1 施工準備

①技術人員向班組作業人員進行技術、安全交底，明確隧道中心水溝施工工藝及質量控制要點，施工前備齊所需物資、機具。

②中心水溝作業時，至少應超前2組（48m）對毛溝溝底及溝壁進行清理，并按照混凝土施工要求對舊混凝土面進行鑿毛處理，有水段落采用超前截水后清理淤泥，為后續水溝施工做好前提準備工作。

3.1.2 測量放線

根據線路參數及隧道斷面放樣出水溝邊樁并標識高程，直線段按照10m放樣一組點，曲線段按照5m放樣一組點，定位必須標識清晰，不易損壞，一般采用鋼釘涂紅油漆或在鋼釘上綁扎鐵絲進行標識。

3.1.3 臺車定位

①臺車各部件檢查合格后，啟動液壓軌行系統，驅動行走至待澆筑段，臺車行走時，模板提升至填充面以上，防止行走過程中與既有混凝土發生碰撞造成設備損壞。

②臺車就位后，提升系統下放水溝模板直至與放樣標高平齊，橫向偏差采用門架頂部橫移千斤頂進行調節，確保精準定位。

③臺車定位準確后，人工安裝模板內橫向絲杠，并保證加固牢靠，同時利用斜杠與門架立柱對模板頂部進行加固，在保證水溝寬度滿足設計要求的基礎上同時兼顧模板安裝線型平順，整齊劃一。

3.1.4 預埋件安裝

中心水溝與側溝預埋Φ100PVC管進行連通形成導水管，當側溝水量較大時通過導水管將多余的水引至中心水溝內排除洞外，導水管自側溝向中心水溝設2%的流水坡，出水口管底距水溝底面為40cm。

3.1.5 溝壁混凝土澆筑

中心水溝混凝土澆筑分溝壁和溝底兩次澆筑成型，采用先澆筑溝壁、再澆筑溝底的順序組織施工，溝壁混凝土利用溜槽進行澆筑，按照從遠端向已澆筑段方向進行澆筑，遵循水平分層、斜向分段、兩側對稱澆筑，采用小直徑搗固棒振搗密實。

3.1.6 等強、臺車行走

混凝土澆筑完成約8～10h后進行松開各道支撐體系，臺車提升系統緩緩提升至填充面以上，保證混凝土各部位棱角不被破壞，向前鋪設鋼軌24m，啟動液壓行走系統前行，臺車移動至下一循環工作面。

3.1.7 溝底混凝土施工

①待溝壁混凝土澆筑長度達到100m以上時，一次性澆筑溝底混凝土，按照一端向另一端逐漸推進澆筑。

②巖溶段隧道中心水溝每20m設置隧底逆向導水管，澆筑溝底混凝土前焊接接長導水管，保證管口高于溝底50cm，并在管口設單向止水閥。

3.1.8 養生

臺車行走后，對溝壁立即進行覆蓋塑料薄膜及土工布進行灑水養護；溝底混凝土待初凝后同樣覆蓋灑水養護。

3.2 質量控制要點

①臺車應定位準確，誤差可控，橫向定位偏差不得大于15mm，寬度偏差不得大于10mm，深度不得小于設計深度；臺車模板提升與下降時緩慢操作，裝卸螺桿時不得敲擊模板，使用模板不得出現明顯變形，定位前模板需打磨光滑平整，涂脫模劑。

②混凝土澆筑前必須將溝內清理干凈，保證溝內無雜物、積水，澆筑過程中在兩側設置擋護措施，防止施工污水或污泥流入混凝土內，以免影響混凝土品質。

③混凝土應連續澆筑，特殊原因中途停頓時間不得大于30min，應保證在澆筑上層混凝土時，下層混凝土未初凝，澆筑過程中應加強搗固，保證每個位置振搗到位，振動棒不得碰模板及臺車其他部位。

④混凝土澆筑完成后應盡快落實養護措施，養護頻次應保持混凝土表面濕潤，混凝土養護周期不得少于7d。

3.3 安全控制要點

①隧道施工洞內設專人指揮調度，施工運輸道路設專人養護，保證照明、通風、排水設施良好，道路平順暢通、燈光明亮。設置好運輸線路安全信號標志，確保洞內運輸安全。

②隧道施工照明線路電壓在施工區域內不大于36V。電氣設備要有良好的接地保護，所有電力設備設專人檢查維護，并設警示標志。

③中心水溝施工過程中，在兩側施工安全邊界處設置警示燈或警示帶，防止與來往車輛發生碰撞。

④臺車投入使用前需全面檢查臺車各部件及系統的完好狀況，必要時應進行試運行，定期對臺車進行維護保養，設定專人進行對臺車在狀況進行包保管理。

⑤鋪設行鋪設行走鋼軌時應保證鋼軌鋪設平順、間距一致、固定牢靠，臺車行走應緩慢平穩，行走速度不得大于3m/min。

⑥所有工序施工完成后均要做到工完料清，嚴禁向洞內丟棄廢料、費油及生活垃圾，時刻保持洞內文明施工條件良好。

4 應用效果

自臺車設計制造后，通過在我項目新華隧道進行了多次的試驗及改進，證明目前所使用的臺車性能良好，施工方便，結構合理，施工質量受控，應用效果及優勢突出，具體為：

①工效高，每循環施工有效長度達到24m，用時18-24h（自臺車就位至等強后臺車移動至下個循環），正常情況下每月完成中心水溝澆筑700m左右，可明顯提升施工進度，為項目整體道床的快速施工奠定了基礎。

②費用低，臺車由項目技術、設備人員共同設計、改進，由項目部自建加工廠統一加工制作，比購置成品設備費用降低約50%以上。

③作業人員少，臺車模板支撐加固簡便，僅需2人在1個小時內即可完成全部絲桿的加固，臺車采用自行液壓系統，無需其他設備輔助行走，整個工序僅需4人即可完成全部施工內容，采用機械化施工降低了作業人員的勞動強度，同時也保證了作業人員的穩定。

④線性順直，臺車長度總體較長，整體性較好，施工中對薄弱環節均設置了加固措施，能夠保證澆筑完成后的混凝土線性筆直、外形美觀。

⑤質量受控，水溝模板采用整體式鋼模板，并具有足夠的剛度和強度，且在狹小空間內利用小直徑搗固棒進行混凝土搗固，可以做到澆筑后的混凝土內實外美，表面光滑、平整、美觀，無蜂窩、斑點、錯臺現象發生。

⑥結構合理，臺車采用門架式結構與整體式鋼模相結合，配合液壓行走系統，既保證足夠的強度和剛度，又結構簡單、合理，重量減輕，且外形美觀。

5 結論與建議

通過不斷的試驗與改進，最終中心水溝模板臺車在鄭萬高鐵8標隧道內得到全面推廣應用，其質量、進度、工效等方面得到較大的提升，臺車的使用滿足目前隧道機械化施工配套要求。

雖然項目部研發制造的中心水溝模板臺車滿足于目前隧道機械化配套施工趨勢，但要邁入信息化、智能化施工還有一定的差距，在今后的施工中，隨著社會發展的不斷進步，應不斷地改進與完善改進，為社會創造更大的價值。